精品麦垛山副立井冻结施工组织设计Word文件下载.docx
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1
井口坐标
X
4189059.000
m
Y
36387369.000
Z
+1416.000
2
冻结段开始处标高
+1166.000
3
冻结段结束处标高
+934.000
4
井底标高
+836.000
5
净直径
φ9.4
6
净断面
69.4
m2
7
提升方位角
237°
00′00″
/
8
井筒深度
580.0（已施工250m）
9
井筒
壁厚
④～⑧外壁
500
mm
④～⑧内壁
900
⑧～⑨
600
⑨～⑩
1600（四号壁座）
⑩号以下
10
支护
形式
双层钢筋砼
素砼
⑧号以下
钢筋砼
11
砼
标号
④～⑤
C50
⑤～⑩
C60
2.2工程地质与水文地质特征
2.2.1工程地质
（一）地层特征
副立井井筒检查孔附近未见基岩出露，被广泛的第四系风积砂、黄土和古近系的浅红色粘土所覆盖。
据检查孔揭露的基岩地层有侏罗系中统延安组、直罗组。
井筒施工过程揭露各地层由老至新简述如下：
1）侏罗系中统延安组（J2y）
为一套内陆湖泊三角洲沉积，是井田的含煤地层。
副立井检查孔揭露厚度247.06m。
岩性为灰、灰白色中、粗粒长石石英砂岩、细粒砂岩；
深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩及煤等组成。
2）侏罗系中统直罗组（J2z）
为一套干旱、半干旱气候条件下的河流-湖泊相沉积。
副立井检查孔揭露厚度338.40m。
其岩性上部主要为灰白、浅灰、灰绿、灰色的细粒砂岩，灰色、褐色粉砂岩，夹粗、中粒砂岩。
中下部以厚层状的灰白、黄褐或浅红色含砾粗粒石英长石砂岩（七里镇砂岩）为主，与其下含煤地层假整合接触。
3）古近系（E）
副立井检查孔揭露厚度45.40m。
其岩性主要由浅紫红色粉质粘土及粘土组成，底部为砾岩层。
不整合于下伏各地层之上。
4）第四系（Q）
为冲、洪积的黄沙土，底部见钙化结核。
顶部为现代沉积的风成沙丘和黄土层。
覆盖在各地层之上，厚3.00m。
（二）工程地质特征
第四系、古近系地层岩性以粘性土为主，根据实验室检测结果均为高液限土体，抗风化能力较差，吸水后具有较强膨胀性能，为不良工程土体。
侏罗系直罗组、延安组地层岩性以粉砂岩和砂岩为主，检测结果岩石饱和抗压强度远小于自然状态或干燥状态下的抗压强度，软化系数普遍小于0.75，为易软化的岩石，工程地质条件较差。
在井筒掘进中，要采取可靠措施，防止不良工程岩土体给井筒造成危害。
（三）岩土性质
粘土:
比重2.76g/cm3；
含水量18.59%～24.79%；
液限（WL）41.1%～73.9%，塑限（WP）19.9%～40.0%；
塑性指数（IP）20.6～33.9,液性指数（IL）＜0；
天然稠度（Wc）0.81～1.64；
含水比0.32～0.59；
自由膨胀率42.7%～84.6%。
土体坚硬，抗外力和抗变形能力较好，但抗风化能力较差，具有较强的吸水膨胀、失水收缩性能，为不良工程土体，井筒掘进中应采取可靠支护方法。
粗粒砂岩:
颗粒密度2.50～2.70g/cm3，块体密度2.13～2.35g/cm3，块体干密度2.06～2.23g/cm3；
含水率1.12～7.69%；
孔隙率16.17～23.33%；
吸水率4.96～13.36%；
抗压强度天然状态下4.8～22.80MPa，饱和状态下2.7～15.50MPa，干燥状态下7.79～41.00MPa；
软化系数0.24～0.67；
抗拉强度0.33～2.45MPa；
抗剪切强度1.38～4.43MPa；
变形模量0.809～8.429×
104MPa，弹性模量0.311～5.176×
104MPa，泊松比0.04～0.48；
内聚力0.31～4.16MPa；
内摩擦角29°
47′～40°
45′。
岩石孔隙发育中等，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，为弱稳定性岩体，工程地质性质较差。
中粒砂岩:
颗粒密度2.62～2.72g/cm3，块体密度2.14～2.46g/cm3，块体干密度2.05～2.38g/cm3；
含水率2.04～9.73%；
孔隙率11.45～22.35%；
吸水率4.56～35.81%；
抗压强度天然状态下9.93～42.80MPa，饱和状态下4.88～34.90MPa，干燥状态下24.00～58.50MPa；
软化系数0.12～0.60；
抗拉强度0.64～4.40MPa；
抗剪切强度1.57～6.88MPa；
变形模量0.695×
104～5.585×
104MPa，弹性模量0.523×
104～6.245×
104MPa，泊松比0.10～0.37；
内聚力1.06～7.97MPa；
内摩擦角30°
50′～39°
07′。
岩石孔隙中等发育，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，为弱稳定～中等稳定岩体，工程地质性质较差。
细粒砂岩:
颗粒密度2.61～2.78g/cm3，块体密度2.25～2.78g/cm3，块体干密度2.02～2.63g/cm3；
含水率0.61～11.48%；
孔隙率4.71～24.06%；
吸水率4.32～39.03%；
抗压强度天然状态下1.45～46.10MPa，饱和状态下0.06～33.50MPa，干燥状态下3.73～81.00MPa；
软化系数0.02～0.68；
抗拉强度0.14～3.87MPa；
抗剪切强度0.42～8.57MPa；
变形模量0.147～12.590×
104MPa，弹性模量0.127～11.170×
104MPa，泊松比0.11～0.39；
内聚力0.27～7.25MPa；
08′～40°
30′。
岩石孔隙中等发育，抗外力和抗变形能力一般，遇水易软化，局部具一定抗水浸能力，为弱稳定～中等稳定岩体，工程地质性质较差。
粉砂岩:
颗粒密度2.56～2.76g/cm3，块体密度2.21～2.56g/cm3，块体干密度2.04～2.47g/cm3；
含水率1.92～10.51%；
孔隙率7.14～24.72%；
吸水率5.15～38.61%；
抗压强度天然状态下2.77～45.9MPa，饱和状态下0.02～34.5MPa，干燥状态下5.86～68.10MPa；
软化系数0.00～0.70；
抗拉强度0.18～3.77MPa；
抗剪切强度0.57～9.40MPa；
变形模量0.339×
104～8.918×
104MPa，弹性模量0.128×
104MPa～6.711×
104MPa，泊松比0.04～0.46；
内聚力0.61～11.11MPa；
04′～41°
06′。
泥岩:
颗粒密度2.55～2.70g/cm3，块体密度2.24～2.47g/cm3，块体干密度1.82～2.27g/cm3；
含水率8.69～26.30%；
孔隙率15.93～32.34%；
吸水率34.27～43.73%；
抗压强度天然状态下0.95～3.53MPa，饱和状态下0.02～0.16MPa，干燥状态下2.33～7.69MPa；
软化系数0.00～0.02；
抗拉强度0.06～0.31MPa；
抗剪切强度0.19～0.64MPa；
变形模量0.025×
104～0.237×
104MPa，弹性模量0.011×
104～0.433×
104MPa，泊松比0.04～0.32；
内聚力0.09～0.59MPa；
内摩擦角31°
41′～39°
23′。
岩石孔隙中等发育，抗水浸能力较差，抗外力和抗变形能力较差，为不稳定～弱稳定岩体。
2.2.2水文地质特征
（一）影响副立井井筒施工的主要含水层水文地质特征
目前副立井施工深度为250m，侏罗系中统直罗组上段裂隙孔隙含水层，揭露厚度207.90m，其中含水层厚60.80m。
为富水性弱的含水层。
通过井田勘探地质报告结合本次井筒检查孔施工资料分析，影响井筒施工的主要含水层为侏罗系中统直罗组裂隙孔隙水含水层及2煤～6煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层。
所以确定副立井冻结段为250～482m。
①侏罗系中统直罗组下段裂隙孔隙含水层（组）
影响副立井井筒施工的主要直接充水含水层之一，含水层厚130.10m。
岩性主要为灰白、灰褐、浅红色夹紫斑的细、中、粗粒砂岩，局部夹薄层粉砂岩和泥岩，局部含砾；
砂岩的成熟度较低，分选性差，接触式胶结为主。
底部为一厚层灰白、浅红色含砾石英长石粗砂岩，俗称“七里镇”砂岩，砂岩底部含石英小砾石，泥质胶结、颗粒支撑，胶结程度较差。
根据副立井直罗组下段裂隙孔隙含水层抽水试验结果，地下水静水位埋深105.00m，标高1312.38m，水温12℃。
当水位降深S＝11.07m时，涌水量Q＝2.534L/s，单位涌水量0.2289L/s·
m，渗透系数K=0.1576m/d。
据水质分析资料，地下水矿化度12635mg/L,为盐水；
PH=7.89,为弱碱性水；
总硬度193.66，为极硬水；
地下水化学类型为CL·
SO4-Na·
Mg型。
②2煤～6煤间砂岩裂隙孔隙承压含水层（组）
本含水层（组）岩性由灰白色不同粒级的砂岩组成，粉砂岩和煤层呈互层状夹于含水层之中。
含水层厚度109.27m，地下水水位水头标高1310.21m，水温14℃。
含水层富水性属弱含水层。
根据副立井检查孔抽水试验结果，当水位降深S＝37.14m时，涌水量Q＝0.863L/s，单位涌水量0.0232L/s·
m，渗透系数K=0.0183m/d。
据水质分析资料，地下水矿化度11921mg/L,为盐水；
PH=7.43,为弱碱性水；
总硬度130.92，为极硬水；
SO4-Ca·
（二）隔水层及其特征
根据物探资料、岩性分析及岩石鉴定资料，隔水层以低阻、高密度的粉砂岩、泥岩为主。
副立井检查孔揭露的隔水层有：
直罗组粉砂岩、泥岩为主的隔水层；
各主要煤层及其顶底板泥岩、粉砂岩组成的隔水层。
现将主要隔水层分述如下：
①直罗组粉砂岩、泥岩隔水层
岩性以粉砂岩、泥岩为主，夹有少量薄层细粒砂岩，层厚147.40m。
据宁东煤田煤矿井巷施工调查，结合麦垛山井田水文地质资料分析，隔水层的隔水性与泥质含量高低成正相关、与沉积环境、地下水赋存状态及构造性质、裂隙发育程度有关；
当隔水层为岩性较细且致密的粉砂岩，或泥质含量较高的细砂岩，或砂岩与泥岩类呈互层状，岩性分布较稳定时，隔水效果较好。
在清水营煤矿井巷施工过程中，亦发现涌水段多发生在中、粗砂岩层；
泥岩或砂岩与泥岩类呈互层状时涌水量极为微弱，粉砂岩中裂隙发育时，涌水量略有增大，在粗砂岩与泥质细砂岩层面间呈现明显渗水界面；
泥岩类厚度大于2.0m时，则具有一定的隔水效果。
本井田简易水文观测表明，在该隔水层粉砂岩中钻进时，泥浆基本不消耗；
中、粗砂岩层，泥浆消耗则有增大；
说明粉砂岩隔水效果良好。
②2煤～6煤之间隔水层
2煤～6煤之间隔水层包括煤层本身及顶底板粉砂岩、泥岩隔水层。
岩性主要为煤、粉砂岩、裂隙不发育的细砂岩，局部夹炭泥岩，结构致密。
其中上段2煤、3煤组本身及顶底板粉砂岩隔水层，隔水层分布稳定，原始状态下煤层未开采时，上下含水层之间联系程度低。
（三）井筒充水因素
大气降水多以地表迳流的形式汇入沟谷再流向井田之外，加之古近系巨厚的粘土和粉质粘土的隔水层的作用，使大气降水对井筒充水的影响很小。
麦垛山井田内无常年性地表水体，分析认为地表水对井筒的充水影响不大。
地下水对井筒充水影响的有侏罗系中统直罗组砂岩含水层、延安组砂岩含水层。
其中侏罗系中统直罗组砂岩含水层、延安组砂岩含水层对井筒充水影响较大。
井筒开拓过程中，井筒充水含水层及充水方式，主要取决于岩层裂隙发育程度、上下含水层之间的水力联系以及掘进采动所形成的导水裂隙带能否波及上覆含水层。
副立井井筒位于于家梁周家沟背斜东翼（距离轴部约300米）、F10逆断层下盘，基岩裂隙较为发育，充水、导水性较好，对井筒充水影响较大。
据现场岩芯描述，基岩裂隙多为高角度裂隙，结合钻孔抽水试验，四个含水层（组）水头标高相差不大，但单位涌水量相差较大，说明钻孔上下含水层之间有一定的水力联系，但联系较弱。
井筒开拓过程中，掘进采动所形成的导水裂隙带可能使上下含水层之间水力联系加强，造成掘进工作面涌水量增大，在掘进中要加以防范。
（四）地下水补给、迳流、排泄条件
井田地下水补给来源，主要为大气降水，其次为含水层之间的越流补给。
松散层潜水主要接受大气降水的补给，次为少量沙漠凝结水补给。
潜水面起伏与现代地形起伏基本一致，径流方向主要受地形控制，由高至低自北而南流动，局部受地形影响流向略有改变。
潜水多以渗流形式径流排泄于沟谷或地形低洼地区，通过蒸发作用排泄。
部分沿断层破碎带补给下伏基岩含水层。
通过鸳鸯湖矿区矿井涌水量调查，矿井涌水量与大气降水的数量、性质及延续时间无关，说明基岩承压含水层主要通过含水层之间越流及断层破碎带补给，极少量大气降水补给；
直罗组砂岩含水层接受松散层潜水间接补给。
侏罗系含煤地层各含水层，由于埋藏深，上覆有较厚的隔水层，同时含水层砂岩与泥岩、粉砂岩等隔水岩层呈互层状，径流方向受褶皱构造的影响，基本沿背斜轴部岩层倾向岩层层面运移。
基岩含水层径流条件较差，地下水有利于储存不利于排泄，储水空间相对封闭，承压水补给微弱，水力坡度小，径流极为缓慢，各含水层在横向上具不连续性，垂向上具分段性。
含水层深部由于水的交替能力差，迳流极为缓慢，甚至几乎不动，加之地层的非均一性，因而含水层地下水矿化度较高，水量小，富水性微弱
（五）涌水量预计
预计冻结后该井筒冻结段内无涌水，根据井检孔报告流量测井资料，冻结段以下基岩段含水层分析如下：
①.496m～497m，岩性为细砂岩，井筒涌水量约2～5m3/h。
②.535m～545m，岩性为细砂岩，井筒涌水量约5～8m3/h。
③.556m～561m，岩性为中砂岩，井筒涌水量约3～5m3/h。
④.572m～577m，岩性为中砂岩，井筒涌水量约5～8m3/h。
⑤.585m～589m，岩性为细砂岩，井筒涌水量约5～8m3/h。
2.2.3其它地质情况
（一）地质构造
可能影响副立井井筒的构造主要有F9逆断层（走向北北西，断面东倾,H=0—320米，倾角<
65°
—75°
，平面上距离副立井检查孔约380米）、F10逆断层（走向北北西，为断面西倾的逆断层，倾角约51～62°
，落差0～180m，平面上距离副立井检查孔约390米）及于家梁周家沟背斜（走向北北西，平面上背斜轴距离副立井检查孔约220米）。
副立井检查孔施工中，部分层段岩石裂隙发育，有可能为受断层或褶皱影响产生的裂隙。
这些裂隙富水性、导水性好，有可能造成掘进工作面涌水量增大，在井筒掘进中要采取先探后掘的方法，以确保掘进工作面安全。
（二）瓦斯
井田内各煤层自然瓦斯成分以氮气（N2）为主，平均为73.76～98.53%，少量二氧化碳（CO2），平均为1.22～26.16%，甲烷（CH4）含量平均为0.01～0.45%。
瓦斯分带均属二氧化碳～氮气带。
各煤层中瓦斯含量很少，属低沼气井田。
（三）煤尘爆炸性
井田内煤层的煤尘爆炸指数在27.67～38.06%,火焰长度大部分大于400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量80～90%，均属有爆炸性危险的煤层。
（四）煤的自燃
井田内的煤以不粘煤为主，变质程度低、挥发分高，特别是惰质组分高达50%左右以上，煤易吸氧氧化引起煤的自燃，井田内煤属易自燃煤，自燃发火期为一个月。
3.井筒正式施工前期准备工作
麦垛山煤矿副立井井筒此前已普通法掘进250m，由于水文地质资料不祥，在2008年10月24日伞钻凿眼时，用伞钻探出涌水，出水后先后采取了注浆堵水和井筒外疏降水工作，均无效果，为此麦垛山筹建处确定采用井筒冻结方案，随后，要求副立井停止井筒外疏降水工作，让井筒内水位回复至静水位。
为了保证井筒内部分设备不被回复到静水位的涌水浸泡，将抓岩机抓斗拆除，液压模板悬吊稳绳卸掉，并随吊盘起吊至静水位以上，吊盘锁在固定盘下方,在吊盘起吊过程中将风筒、风水管路拆卸至吊盘同样位置，然后拆除井架、搅拌系统、信号系统,为打钻冻结做好准备工作。
3.1在井筒恢复生产前，必须完成以下工作
1）凿井临时井架、天轮平台、及搅拌系统、地面通讯系统安装完毕。
2）根据副立井静水位，测量估算出水面距井口的距离，安装吊盘悬吊稳绳并落至距水面10m处。
在落吊盘时，通风工在吊盘上随落随进行安装风筒，机电队负责将风水管路、信号，通讯一并敷设安装，准备排水、清淤工作。
3）井筒积水、淤泥排完后，吊盘落至距止浆垫10m处，检查止浆垫以上15m段高范围内的井壁质量情况，如有变形裂缝情况，需破壁从下至上返修，重新浇筑，浇筑时利用此前施工用的9.4m液压金属模板，浇筑完毕后将模板拆除并升井。
4）检查完井壁确定返修段后，下放模板绳，模板绳到位后，将绳用绳卡锁在模板悬吊点上。
并将四根稳绳匀速带劲。
5）为保证下部冻结基岩段外壁施工安全，返修井壁施工时将标高-250m处施工一壁座，壁厚1100mm，高度2000mm，返修井壁浇筑时一并整体浇筑。
6）将中心回转抓岩机抓斗用提升钩头下放至工作面，然后将抓斗的进、回风管路与机身连接。
7）拆除止浆垫、返修井壁及-250m处施工壁座等的工程量现场做好签证。
3.2排水、清淤方案
3.2.1排水
排水泵采用DC50-80×
7型两台，一台安置在吊盘上层盘排水，另一台放在井口备用。
排水管路利用此前施工的排水管路。
若采用两台泵同时排水，则将压风管临时改为排水管路排水。
3.2.2清理淤泥
由于此前井筒注浆、打钻冻结拆除井架等工作，井筒内杂物淤泥较多，待水排至淤泥段时，采用已加工好的专用清淤抓斗进行清理井筒内淤泥，将淤泥抓入吊桶提升至井口翻入矸石仓。
4.施工方案及工艺
4.1井筒（-250m～-580m）掘砌施工方案
麦垛山煤矿副立井井筒-250.0m～-482.0m段（相对标高）采取双层井壁冻结法施工，－482.0m～－580.0m段采取普通法施工。
在冻结施工单位冻结管路铺设完毕后，进行临时井架、搅拌系统、信号系统、吊盘、模板、吊挂管线的安装，并完善井口信号系统。
为井筒冻结基岩段正式掘砌做好准备，在冻结单位、甲方、监理单位共同下发试挖通知后方可进行试挖。
冻结基岩段采用中深孔钻爆法掘进。
选用一台FJD-8G型伞钻配8部YGZ-70型凿岩机和六角中空合金钢钎，Φ55mm“十”字型合金钻头，选用耐冻高比重的T220高威力抗冻水胶炸药，毫秒延期电雷管。
采用光面、光底、减震、弱冲深孔爆破技术。
外壁掘砌采用立井混合作业法施工。
外壁掘砌段高3.6m，采用3.6m段高的单缝液压式整体下移大模板（该模板加工成两段，在不稳定岩层中采用2.5m小段高模板）砌壁。
冻结基岩段施工的工艺流程如下:
凿岩、爆破—出矸、找平—绑扎钢筋—立模浇筑—出矸、清底
内壁采用一次套内壁施工方案，使用12套1.1m段高的金属组装模板循环倒用，自下而上套内壁。
冻结段壁座采用与井筒外壁一起掘出，锚网喷临时支护，掘至设计壁座底口标高位置时，同井筒套内壁整体从下至上浇筑。
基岩段掘进采用光面、光底、减震、弱冲、深孔爆破技术。
凿岩采用FJD-8G型伞钻，配8部YGZ70型凿岩机，定人、定机、定位进行凿岩，掏槽眼深度4.2m，其余炮眼深度4.0m，炮孔直径φ55mm，选用高威力T220水胶炸药，周边眼药卷直径为φ32mm，药卷长度400mm，其余炮孔药卷直径为φ45mm，药卷长度600mm，6m脚线毫秒延期电雷管，380v交流电源起爆。
因辅助水平开口处在冻结基岩段,考虑冻结管因素,辅助水平开口与井筒连接处暂时不深掘,外壁正常施工至该标高处用沙袋按设计断面垒砌,钢筋预留好搭接头并保护好,套内壁时采用同时稳模浇筑预留开方法通过。
管子道开口、主水平井筒连接处开口处在普通基岩段内，采取与井筒同时施工的方案，即施工至该连接处标高时一并掘出，然后至下而上同时浇筑，届时编制专项安全技术措施。
4.2井筒施工工艺
4.2.1破除止浆垫施工
1）止浆垫主要技术特征
止浆垫总厚度为4.8m,其中浇灌砼厚4.0m,混凝土强度为C40,与浇筑好的井壁压茬有1.4m，滤水层厚0.8m。
注浆管同心圆布置14根，采用Φ108×
6mm无缝钢管加工而成，全长6.0m，埋固4.5m。
井筒中心布置一根Φ325×
5.5m滤水管。
滤水管及注浆管用￠22螺纹钢绑扎固定。
2）施工方案
由于止浆垫与成型井壁压茬较多，为了不破坏井壁，以风镐挖掘为主，配合松动爆破法破除。
破除止浆垫中的钢管，纵横钢筋等必须用氧气，乙炔切割。
3）施工工艺
届时项目部另行编制详细的《麦垛山煤矿副立井破除止浆垫施工安全技术措施》。
4.2.2井筒冻结基岩段施工
4.2.2.1试挖条件
当井筒具备下列条件，方准开挖：
1）由测温孔和水文孔资料分析，冻结壁
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